1. Введение
При передаче высокочастотных сигналов по коммуникационному кабелю в проводниках возникает скин-эффект, и с увеличением частоты передаваемого сигнала этот эффект становится все более выраженным. Так называемый скин-эффект относится к передаче сигналов вдоль внешней поверхности внутреннего проводника и внутренней поверхности внешнего проводника коаксиального кабеля, когда частота передаваемого сигнала достигает нескольких килогерц или десятков тысяч герц.
В частности, в связи с резким ростом международных цен на медь и все большей нехваткой медных ресурсов в природе, использование проволоки из стали или алюминия с медным покрытием вместо медных проводников стало важной задачей для кабельной промышленности, а также открывает широкие возможности для ее развития.
Однако в процессе меднения проволоки, из-за предварительной обработки, никелирования и других процессов, а также воздействия гальванического раствора, легко возникают следующие проблемы и дефекты: почернение проволоки, некачественное предварительное покрытие, отслоение основного слоя покрытия, что приводит к образованию отходов проволоки и материалов, а следовательно, к увеличению себестоимости продукции. Поэтому крайне важно обеспечить качество покрытия. В данной статье рассматриваются принципы и процедуры процесса производства медной стальной проволоки методом гальванического покрытия, а также распространенные причины проблем с качеством и методы их решения. 1. Процесс медного покрытия стальной проволоки и его причины
1.1 Предварительная обработка проволоки
Сначала проволоку погружают в щелочной и травильный раствор, и к проволоке (аноду) и пластине (катоду) прикладывают определенное напряжение, в результате чего на аноде осаждается большое количество кислорода. Основные функции этих газов заключаются в следующем: во-первых, образование большого количества пузырьков на поверхности стальной проволоки и находящегося рядом с ней электролита оказывает механическое перемешивание и эффект удаления, тем самым способствуя удалению масла с поверхности стальной проволоки, ускоряя процесс омыления и эмульгирования масла и смазки; во-вторых, благодаря мельчайшим пузырькам, прилипшим к границе раздела металла и раствора, пузырьки, удаляясь с проволоки, будут прилипать к стальной проволоке, накапливая большое количество масла на поверхности раствора, тем самым способствуя удалению масла и одновременно предотвращая водородное охрупчивание анода, что позволяет получить качественное покрытие.
1. 2. Покрытие проволоки
Сначала проволоку предварительно обрабатывают и покрывают никелем путем погружения в гальванический раствор и приложения определенного напряжения к проволоке (катоду) и медной пластине (аноду). На аноде медная пластина теряет электроны и образует свободные двухвалентные ионы меди в электролитической (гальванической) ванне:
Cu – 2e→Cu2+
На катоде стальная проволока подвергается электролитической переэлектризации, в результате чего на проволоку осаждаются двухвалентные ионы меди, образуя стальную проволоку с медным покрытием.
Cu2 + + 2e→ Cu
Cu2 + + e→ Cu +
Cu + + e→ Cu
2H + + 2e→ H2
При недостаточном количестве кислоты в гальваническом растворе сульфат меди(I) легко гидролизуется с образованием оксида меди(I). Оксид меди(I) задерживается в гальваническом слое, делая его рыхлым. Cu2SO4 + H2O [Cu2O + H2SO4]
I. Ключевые компоненты
Наружные оптические кабели обычно состоят из оголенных волокон, свободной трубки, водонепроницаемых материалов, усиливающих элементов и внешней оболочки. Они бывают различной конструкции, например, с центральной трубкой, многослойной структурой и каркасной структурой.
Под «голыми» волокнами подразумеваются исходные оптические волокна диаметром 250 микрометров. Обычно они включают сердцевину, оболочку и защитное покрытие. Различные типы голых волокон имеют разные размеры сердцевины. Например, одномодовые волокна OS2 обычно имеют диаметр 9 микрометров, многомодовые волокна OM2/OM3/OM4/OM5 — 50 микрометров, а многомодовые волокна OM1 — 62,5 микрометра. Голые волокна часто имеют цветовую маркировку для различения многожильных волокон.
Свободные трубки обычно изготавливаются из высокопрочного инженерного пластика PBT и используются для размещения оголенных волокон. Они обеспечивают защиту и заполнены водоотталкивающим гелем, предотвращающим проникновение воды, которая может повредить волокна. Гель также действует как буфер, предотвращая повреждение волокон от ударов. Процесс производства свободных трубок имеет решающее значение для обеспечения избыточной длины волокна.
В качестве водоотталкивающих материалов используются кабельная водоотталкивающая смазка, водоотталкивающая пряжа или водоотталкивающий порошок. Для дальнейшего повышения общей водоотталкивающей способности кабеля наиболее распространенным подходом является использование водоотталкивающей смазки.
Усиливающие элементы бывают металлическими и неметаллическими. Металлические часто изготавливаются из фосфатированной стальной проволоки, алюминиевых или стальных лент. Неметаллические элементы в основном изготавливаются из армированных волокном полимеров (FRP). Независимо от используемого материала, эти элементы должны обеспечивать необходимую механическую прочность для соответствия стандартным требованиям, включая сопротивление растяжению, изгибу, удару и скручиванию.
При выборе наружной оболочки следует учитывать условия эксплуатации, включая водонепроницаемость, устойчивость к ультрафиолетовому излучению и атмосферным воздействиям. Поэтому обычно используется черный полиэтилен, поскольку его превосходные физические и химические свойства обеспечивают пригодность для наружной установки.
2. Причины проблем с качеством в процессе меднения и способы их решения.
2.1 Влияние предварительной обработки проволоки на гальванический слой. Предварительная обработка проволоки имеет большое значение при производстве медной стальной проволоки методом электролитического осаждения. Если масляная и оксидная пленка на поверхности проволоки не удалена полностью, то предварительно нанесенный никелевый слой не будет нанесен должным образом, а сцепление будет плохим, что в конечном итоге приведет к отслаиванию основного медного покрытия. Поэтому важно следить за концентрацией щелочных и травильных растворов, током травления и щелочи, а также за исправностью насосов; если они неисправны, их необходимо незамедлительно отремонтировать. В таблице представлены распространенные проблемы качества при предварительной обработке стальной проволоки и способы их решения.
2.2 Стабильность раствора для предварительного никелирования напрямую определяет качество предварительного слоя покрытия и играет важную роль на следующем этапе меднения. Поэтому важно регулярно анализировать и корректировать соотношение компонентов раствора для предварительного никелирования и обеспечивать его чистоту и отсутствие загрязнений.
2.3 Влияние основного раствора для гальванического покрытия на качество гальванического слоя. Раствор для гальванического покрытия содержит сульфат меди и серную кислоту в качестве двух компонентов; соотношение компонентов напрямую определяет качество гальванического слоя. Если концентрация сульфата меди слишком высока, происходит осаждение кристаллов сульфата меди; если концентрация сульфата меди слишком низка, проволока легко обгорает, что влияет на эффективность гальванического покрытия. Серная кислота может улучшить электропроводность и эффективность тока электролитического раствора, снизить концентрацию ионов меди в электролитическом растворе (эффект одинаковых ионов), тем самым улучшая катодную поляризацию и дисперсию электролитического раствора, что увеличивает предел плотности тока и предотвращает гидролиз сульфата меди(I) в электролитическом растворе до оксида меди(I) и осаждения, повышая стабильность раствора для гальванического покрытия, а также снижает анодную поляризацию, что способствует нормальному растворению анода. Однако следует отметить, что высокое содержание серной кислоты снижает растворимость сульфата меди. При недостаточном содержании серной кислоты в растворе для гальванического покрытия сульфат меди легко гидролизуется до оксида меди(I) и задерживается в гальваническом слое, в результате чего цвет слоя становится темным и рыхлым. При избытке серной кислоты в гальваническом растворе и недостаточном содержании солей меди водород частично отводится на катоде, что приводит к появлению пятен на поверхности гальванического слоя. Содержание фосфора в медном покрытии также оказывает важное влияние на качество покрытия. Содержание фосфора следует контролировать в диапазоне от 0,04% до 0,07%. Если оно меньше 0,02%, трудно сформировать пленку, что препятствует образованию ионов меди и, следовательно, увеличивает количество медного порошка в гальваническом растворе; если содержание фосфора превышает 0,1%, это повлияет на растворение медного анода, что приведет к снижению содержания двухвалентных ионов меди в гальваническом растворе и образованию большого количества анодного осадка. Кроме того, медное покрытие следует регулярно промывать, чтобы предотвратить загрязнение гальванического раствора анодным осадком и образование шероховатостей и заусенцев на гальваническом слое.
3. Заключение
Благодаря обработке вышеупомянутых аспектов, обеспечивается хорошая адгезия и целостность продукта, стабильное качество и превосходные эксплуатационные характеристики. Однако в реальном производственном процессе существует множество факторов, влияющих на качество гальванического слоя, и при обнаружении проблемы необходимо своевременно проанализировать и изучить ее, а также принять соответствующие меры для ее решения.
Дата публикации: 14 июня 2022 г.